Уровень автоматизации

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Уровень (степень) автоматизации ( англ. Levels of Automation, LOA)  — (1) это формализованная, выраженная числом степень роботизации выполняемых операций или, по-другому, независимость автоматизированного комплекса от человека [1]; (2) текущее или планируемое состояние автоматизации, описываемое технически, функционально автоматизируемыми функциями контроля и управления[2]; (3) уровень автономности системы[1][3].

Может описываться качественно и количественно, а так же в рамках контекстуальных и неконтекстных категорий[3]. Для точности таких оценок требуется аудит всей системы, инфраструктуры или структуры. Понятие используется достаточно широко и охватывает различные сферы, от механической торговой системы в трейдинге до разработок в ракетно-космической отрасли. Тесно связано с технологическими, производственными возможностями и реализацией бизнес-процессов в соответствующих системах: автоматизированная система управления технологическими процессами (АСУ ТП); автоматизированная система управления производством (АСУП) и автоматизации бизнес-процессов.

Качественные описания достаточно быстро устаревают (как правило в источниках с конца прошлого века идет до сих пор рассуждения только о степени загрузки рабочего персонала, гибких производствах и роботизации[4]) и в деловой практике будут полезны уже более детальные количественные представления, основанные на анализе информационной инфраструктуры[2].

Оценка состояния структуры, деловых процессов или системы автоматизации является важным звеном в анализе для достижения эффективных результатов развития и понимания ситуации. Оценка эффективности наиболее доступна в форме рациональных результатов[5].

Описание производственного объекта[править | править вики-текст]

В иерархических структурах управления используется многоуровневое построение систем сбора обработки, передачи и отображения информации с целью контроля и выработки управляющих решений. Данные поступают с нижних уровней и ключевая информация для принятия решения и контроля концентрируется на верхних уровнях. Так же в некоторых структурах (подструктурах) присутствую горизонтальные связи с не выраженной подчиненностью, как правило они ранжируются по значимости относительно друг друга.

В зависимости от типа структуры и ситуации, которая нас интересует уровень автоматизации может рассчитываться линейно по горизонтальным связям, либо с учетом более сложных зависимостей с подчинением и ранжированием элементов в иерархии, как среднее арифметическое или среднее взвешенное.

Моделирование уровня (степени) автоматизации, в целом для систем является важной количественной характеристикой, которая служит наглядным отражением уровня развития предприятия, подразделения, степени взаимодействия процессов и т. д. и является показателем оснащенности современным оборудованием, внедрения передовых технологий и применения эффективных решений. В частности, может отражать уровень обеспечения современными программно-техническими средствами (ПТС), применения интеллектуальных систем, разработанных математических моделей, алгоритмов, программного обеспечения и других новых функциональных возможностей, направленных на сокращение непосредственного участия человека в производственных процессах. Оценка состояния (промышленный аудит, ИТ-аудит) таких объектов или системы является важным звеном для достижения эффективных результатов при развитии и эксплуатации.

Анализ объекта и подсчет параметров автоматизации[править | править вики-текст]

В качестве объекта могут выступать технические, организационные, биологические и другого рода иерархические системы и структуры. В частности, в технической сфере это может иметь место в промышленной автоматизации для систем автоматизированного управления (АСУ), различных АСОДУ, АСУ ТП и т. п., начиная от первичного контрольно-измерительного оборудования на объектах и заканчивая ПО центральной диспетчерской, управления по сбору и обработке информации; для телекоммуникационных компаний, системных интеграторов, как экспертиза сетевой и ИТ инфраструктуры, операторов связи и т. д.

В таких системах для определения уровня автоматизации может рассматриваться состояние системы, выраженное в количественных единицах, характеризуемое степенью функциональности программно-технических средств и степенью автоматизируемых функций контроля и управления.

Уровню (степени) автоматизации ставится в соответствие расчетный интегральный коэффициент автоматизации предприятия . Интегральный является количественной характеристикой, отражающий уровневое построение путем учета различных коэффициентов на каждом уровне иерархии системы управления, которые определяют, для примера в АСУ ТП[2] :

  1. степень полноты автоматизируемых функций контроля и управления, как доля измеряемых, регулируемых, фактически контролируемых параметров () от перспективного количества данных параметров () принятых для объектов отрасли согласно нормативам, определяется расчетным путем (для уровня КИПиА). Подобным образом поступают для систем технологической подготовки производства, как отношение задач(подсистем) к общему числу систем[6] ;
  2. степень функциональности программно-технических средств, как величина, определяемая экспертно по таблицам (для уровней КИПиА, ПЛК, SCADA, MES).

На каждом уровне автоматизации так же рассчитывался промежуточный коэффициент фактический () и целевой () для соответствующей технологической/административной единицы в структуре. В свою очередь, промежуточный коэффициент автоматизации на каждом уровне состоит из двух слагаемых со своим весом. Для получения таких весов — вектора приоритетов используются различные методы экспертных оценок, расчетов и моделирования.

Автоматизация бизнес-процессов[править | править вики-текст]

Подсчет уровня автоматизации бизнес-процессов тесно связано с автоматизированной информационной системой (АИС) на предприятии, оценкой ее функциональности и уровнем взаимодействия в информационной среде. Учитываются следующие показатели[7]:

  • Формализация бизнес-процессов
  • Наличие аппаратного и программного обеспечения
  • Наличие и использование средств интеграции программного обеспечения для совместной работы в приложениях различных подразделений предприятия.
  • Согласованность программно-аппаратных элементов АИС с экономическими задачами и др.

Все показатели комплексируются и выводится общий формализованный результат уровня автоматизации бизнес-процессов предприятия согласно формулы[7]:

Автоматизация автономных структур[править | править вики-текст]

Применение метода анализа иерархий[править | править вики-текст]

Метод анализа иерархий (МАИ) используется для получения оценки с множеством критериев влияния на заданную цель. В МАИ предлагается сравнивать элементы попарно по силе их влияния на сформулированную цель, поместить числа, отражающие достигнутое при сравнении согласие во мнениях, в матрицу и найти собственный вектор с наибольшим собственным значением . Собственный вектор отражает значения и упорядочение приоритетов, а собственное значение является мерой согласованности суждений[8].

Для АСУ ТП критериями являются уровни автоматизации — коэффициенты на каждом уровне от 0-го до 3-го, а целью является их вклад в интегральный уровень автоматизации предприятия. Так из каждой такой матрицы был получен вектор из которых рассчитан усредненный [2].

Уровневая модель весовых коэффициентов[править | править вики-текст]

Наиболее удобное представление рассматривается в «уровневая модель весовых коэффициентов», для которой в силу построения нет рассогласованности экспертных оценок, как наблюдается в методе анализа иерархий[2].

Для АСУ ТП и т. п. на каждом уровне автоматизации , кроме первого (нулевого на рисунке) путем сравнения по относительной важности в общий вклад автоматизации экспертно устанавливались веса и . Первый определял долю вклада коэффициента автоматизации с предыдущего уровня, второй — суммарную долю вклада коэффициента автоматизации(функциональности) данного уровня , в сумме веса составляли единицу[2].

Такая процедура известна в теории принятия решений, как использование информации об относительной важности критериев[9] . Схематично это отраженно в виде дерева на рисунке.

Уровневая модель весовых коэффициентов для представления степени автоматизации.jpg

Так же определялись в модели экспертно веса характеризующие долю вклада коэффициентов , входящих в состав рассматриваемого коэффициента автоматизации(функциональности) данного уровня . В сумме так же все весов составляли единицу.

Таким образом в модели подсчета промежуточных коэффициентов автоматизации можно учитывать необходимые критерии функциональности и технические условия по каждому уровню автоматизации. Например, экспертно сопоставляются с возможным набором значений для программно-технических средств, как , где  — данное ПТС отсутствует либо не соответствует ни одному из классов функциональности,  — соответствует минимальному/базовому/перспективному классу. Для этого определяются критерии, либо документ или стандарт по классам автоматизации и характеристикам для данных средств [10]. Подобную формализацию так же используют для оценок уровня автоматизации бизнес-процессов[7].

Из рассмотренной модели, сверткой вершин графа, был получен результирующий вектор весов для АСУ ТП в виде для всех уровней (путем перемножения значений весов в вершинах — направление показано разным цветом штриха для 0-го, 1-го и 2-го уровней) и с абсолютными значениями [2].

Коэффициент автоматизации[править | править вики-текст]

Для определения коэффициента уровня автоматизации используется формула[2]:

где  — вес каждого уровня ;

 — коэффициент автоматизации, характеризующий только данный уровень с соответствующими коэффициентами функциональности или параметрами ПТС;  — вес вклада данного параметра. Сума весов , .

Аналогичным образом поступают для определения коэффициента автоматизации при определении уровня автоматизации бизнес-процессов на предприятии. С весами по каждому признаку автоматизации с соответствующими (безразмерная (нормированная) величина, показывающая степень приближения к некоему «идеальному» состоянию АИС, с точки зрения возможностей автоматизации бизнес-процессов)[7].

Окончательно для определения интегрального коэффициента автоматизации для нескольких  — объектов, подразделений, структур формула может выглядеть, как среднее арифметическое взвешенное по параметру  :

где  — вес по параметру .

 — множество, состоящее из конечного числа набора различных параметров (количество сигналов, технологических элементов, всего систем, объем выходного продуктаи т.д.)

Применение[править | править вики-текст]

Исследования и оценки могут применяться в помощь для принятия решений [1][7][3]:

  • при характеристиках систем, предприятий служит количественной оценкой (в принятой шкале критериев)[11]:
    • до 25 % — низкий уровень автоматизации;
    • 25-50 % — средний уровень автоматизации;
    • свыше 50 % — высокий уровень автоматизации;.
  • при наглядном представление и обосновании инвест-проектов: количественные оценки уровня могут давать более полное представление об изменениях, которые производил менеджмент, как и служить отчетностью или наглядным представлением реализации инвест-проектов от фактического состояния к целевому;
  • при анализе и принятии решения по оптимизации затрат — сколько требует каждое предприятия финансовых средств для увеличения уровня автоматизации на 1 %, т.е эффективность вложений.
  • при подтверждение ТЭО проекта по модернизации систем с учетом конкретных цифр, характеризующих степень автоматизации.

Сфера использования[править | править вики-текст]

При аналитических и статистических исследованиях, особенно в рамках консалтинга, для составления объективного профиля компании и выбора направления реорганизации/модернизации (вкупе с иными показателями в духе зрелости предприятия)[1][7]. В целом при рассмотрении архитектуры предприятия, что отличает наличие «живых», актуальных показателей.

Для автоматизированных систем диспетчерского управления — АСОДУ, АСУ ТП и др. уровень автоматизации представляется как коэффициент, показатель автоматизации () технологических процессов[2]. Для систем управления жизнеобеспечением, ИТ инфраструктуры, телекоммуникационных систем, систем проектирования, автоматизации бизнесс-процессов и других, как коэффициент автоматизации или коэффициент функциональности с количественным значением от 0 до 100 % или качественными оценками[6][11][12]. Для расчета автономности автоматизированных систем в контексте заданных целей их использования[3].

С помощью данного анализа можно планировать модернизацию систем автоматизированного управления, анализировать степень технического обеспечения производства, делать аудит систем предприятий ЖКХ инженерных систем и т. д. по разным уровням взаимодействия и долей финансовых затрат по ним: начиная от первичного контрольно-измерительного оборудования на объектах и заканчивая ПО центральной диспетчерской, управления по сбору и обработке информации. Делать экспертизу сетевой и ИТ инфраструктуры телекоммуникационных компаний, системных интеграторов, операторов связи, систем ЖКХ и т. д.

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. 1 2 3 4 Кораблев И. Г. Оценка уровня автоматизации бизнес-процессов предприятия. // Вестник Череповецкого государственного университета 2016
  2. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Кузьмин Ю. Б. Моделирование степени автоматизации иерархических систем управления на примере АСУ ТП предприятия // Промышленные АСУ и контроллеры, 2017. № 6
  3. 1 2 3 4 Phillip, J. Durst and Wendell Gray / J. Phillip // Levels of Autonomy and Autonomous System Performance Assessment for Intelligent Unmanned Systems. – 2014.
  4. Роботизированные производственные комплексы / Ю. А. Козырев, А. А. Кудинов, В. Э. Булатов и др.; Под ред. Ю. Г. Козырева, А. А. Кудинова. — М.: Машиностроение, 2002. с.12-15. — 272 с.; ил.
  5. Балдин К. В., Воробьев С. Н., Уткин В. Б. Управленческие решения. — 2-е изд.. — Дашков и К°, 2006. — 496 с. — ISBN 5-91131-076-7.
  6. 1 2 Куликов Д.Д., Яблочников Е.И, Применение оценочных метрик для анализа технологической подготовки производства. // Научно-технический вестник Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики 2011, №6.
  7. 1 2 3 4 5 6 Камшилов С. Г. Определение уровня автоматизации бизнес-процессов на промышленном предприятии. // Вестник Челябинского государственного университета. 2015. № 1 (356). Управление. Вып. 10. С. 56-61.
  8. Саати Т. Л. Принятие решений. Метод анализа иерархий. — М.: Радио и связь, 1989. — 316 с.
  9. Ларичев О. И. Теория и методы принятия решений, а также Хроника событий в Волшебных Странах: Учебник. — М.: Логос, 2000. — 296 с : ил. ISBN 5-88439-046-7
  10. Кузьмин Ю. Б. Оценка уровня автоматизации предприятия. // Нефтяное хозяйство, № 10 2009 г.
  11. 1 2 ГОСТ 23501.108-85. Системы автоматизированного проектирования. Классификация и обозначения.– Введ. 01.01.1986. – М.: Госстандарт, 1986. – 15 с.
  12. Сидоренко Ю. Измерения в телекоммуникациях (рус.) // СЕТИ И ТЕЛЕКОММУНИКАЦИИ : Журнал. — 2007. — Сентябрь.

Статьи[править | править вики-текст]

  • Камшилов С. Г. Определение уровня автоматизации бизнес-процессов на промышленном предприятии. // Вестник Челябинского государственного университета. 2015. № 1 (356). Управление. Вып. 10. С. 56-61.
  • Кораблев И. Г. Оценка уровня автоматизации бизнес-процессов предприятия. // Вестник Череповецкого государственного университета 2016.
  • Кузьмин Ю. Б. Оценка уровня автоматизации предприятия. // Нефтяное хозяйство, № 10 2009 г.
  • Кузьмин Ю. Б. Моделирование степени автоматизации иерархических систем управления на примере АСУ ТП предприятия. // Промышленные АСУ и контроллеры, 2017. № 6
  • Куликов Д.Д., Яблочников Е.И, Применение оценочных метрик для анализа технологической подготовки производства. // Научно-технический вестник Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики 2011, №6.

Литература[править | править вики-текст]

  • Азгальдов Г. Г., Костин А. В., Садовов В. В. Квалиметрия для всех: Учеб. пособие. — М.: ИнформЗнание, 2012. — 165 с.
  • Балдин К. В., Воробьев С. Н., Уткин В. Б. Управленческие решения. — 2-е изд.. — Дашков и К°, 2006. — 496 с. — ISBN 5-91131-076-7.
  • Ларичев О. И. Теория и методы принятия решений, а также Хроника событий в Волшебных Странах: Учебник. — М.: Логос, 2000. — 296 с : ил. ISBN 5-88439-046-7
  • Саати Т. Л. Принятие решений. Метод анализа иерархий. — М.: Радио и связь, 1989. — 316 с.
  • Phillip, J. Durst and Wendell Gray / J. Phillip // Levels of Autonomy and Autonomous System Performance Assessment for Intelligent Unmanned Systems. – 2014.
  • Sheridan, T. B. Human and computer control of undersea teleoperators / T. B. Sheridan, V. Verplank, L. William. – 1978.
  • ГОСТ 23501.108-85. Системы автоматизированного проектирования. Классификация и обозначения.– Введ. 01.01.1986. – М.: Госстандарт, 1986. – 15 с.